Aktuelle Forschungsprojekte

Mit dem Markthochlauf der Elektromobilität wächst die Nachfrage nach Ladeinfrastrukturen rasant. Die junge Branche weist bereits jetzt mehr als 50 Anbieter auf und bietet mehrere hundert Wallbox-Lösungen an. Vorrangiges Ziel des Projekts »Wallbox-Inspektion« ist es, neue Verfahren zur Bewertung der Qualität von uni- und bidirektionalen Wallbox-Lösungen für private Elektrofahrzeuge zu entwickeln und als Industriestandard zu etablieren. Kern der Prüfverfahren ist ein Qualitätsvergleich inkl. der Bewertung von Effizienz und Regelgüte für smartes solares Laden und Rückspeisung (»Vehicle to Home« – V2H). Die vom Industriebeirat bereitgestellten Wallbox-Energiemanagement-Lösungen sowie zusätzlich am Markt erhältliche Produkte sollen unter identischen und realitätsnahen Betriebsbedingungen im Digital Grid Lab des Fraunhofer ISE getestet werden. | Laufzeit: 06/2023 - 05/2026

Elektrofahrzeuge sind ein Kernelement der Energiewende, denn neben stationären Speichern sind Fahrzeugbatterien prädestiniert dafür, für einen kurz- bis mittelfristigen Ausgleich von Last und Erzeugung im deutschen Energiesystem zu sorgen. Mit dem Projekt »BiFlex-Industrie« sollen konkrete Anwendungsfälle rückspeisefähiger Fahrzeuge an Unternehmensstandorten gezeigt werden. Die Projektpartner wollen den direkten Nutzen rückspeisefähiger Fahrzeugflotten für Unternehmen und energiewirtschaftliche Geschäftsmodelle herausarbeiten. Zudem wollen sie demonstrieren, dass sie großflächig in bestehende Systeme integriert werden und zur Keimzelle für Flottenkraftwerke werden können – zur Betriebsoptimierung des Unternehmens wie auch des übergeordneten Stromsystems.  | Laufzeit: 10/2023 - 09/2026

Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik, Leistungselektronik, Netze und Intelligente Systeme; Thema: Photovoltaische Module und Kraftwerke, Intelligente Netze; Arbeitsgebiet: Solare Einstrahlungs- und Leistungsprognosen; Laufzeit: 02/2023 - 01/2026

Im Projekt werden technisch, ökonomisch und architektonisch vorteilhafte Grund- oder Normallösungen für die Solarisierung der Gebäudehülle erarbeitet und digital bereitgestellt. Die Lösungen werden allen Interessierten zur Verfügung gestellt. | Laufzeit: 01/2023 - 12/2025

Projekt im Geschäftsfeld: Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher, Thema: Thermochemische Prozesse, Laufzeit: 01/2021 - 06/2024

Wärmepumpen stellen eine effektive Lösung dar, um den Energieverbrauch und die Umweltbelastung von Gebäuden zu verringern und erneuerbare Energien in die Wärmeversorgung einzubringen. Allerdings entspricht die tatsächliche Effizienz von Wärmepumpen in der Praxis nicht immer den Erwartungen. Neben hohen auftretenden Wärmeverlusten wird die Energieeffizienz durch eine nicht passende Anlagenauslegung, durch Fehlparametrierung der Wärmepumpenregelung und durch unerkannte Betriebsdefizite vermindert. Gegenstand des »AI4HP«-Projekts ist deswegen die Entwicklung einer neuen Generation von "intelligenten Wärmepumpen", die sich mit Hilfe von Künstlichen Neuronalen Netzen adaptiv an eine sich verändernde Randbedingungen anpasst und damit die Energieeffizienz unter Einhaltung des Nutzerkomforts erhöht. | Laufzeit: 09/2021 - 08/2024

Projekt im Geschäftsfeld: Leistungselektronik, Netze und Intelligente Systeme, Thema: Energiesystemanalyse, Laufzeit: 03/2021 - 02/2024

Schwimmende Photovoltaik (Floating PV, FPV) bezeichnet PV-Kraftwerke, deren Module auf Schwimmkörpern auf einem Gewässer montiert sind. Das Konzept ermöglicht den Ausbau erneuerbarer Energien auf künstlichen Seen, ohne knappe Landflächen zu belegen. Allein geflutete ehemalige Braunkohle-Tagebaue bieten ein technisches Potenzial von ca. 26 GWp installierter Leistung, bei einer angenommenen Belegung mit 0,6 MWp/ha. In »PV2FLOAT« untersucht ein interdisziplinäres Team die Chancen und Herausforderungen der schwimmenden PV, um so die technischen, ökologischen und sozioökonomischen Voraussetzungen zur Erschließung dieses Potenzials zu schaffen. Das Projekt widmet sich der Weiterentwicklung schwimmender PV-Kraftwerke mit Blick auf Kostenreduktion, Integration in die Raumplanung und nachhaltige Umsetzung im Megawatt-Maßstab. Die Wirtschaftlichkeit und ökologischen Auswirkungen sowie die Potenziale und Akzeptanz der Technologie werden mit Schwerpunkt auf die Gegebenheiten in Deutschland analysiert. Die Entwicklung und Installation von mehreren FPV-Anlagen mit unterschiedlichem Systemdesign und jeweils einer Leistung von ca. 30 kWp auf einem Tagebausee bilden die Basis für ganzheitliche Konzepte im Hinblick auf Praxistauglichkeit, Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit und gesellschaftlicher Akzeptanz. | Laufzeit: 05/2021 - 12/2025

Projekt im Geschäftsfeld: Leistungselektronik Thema: Netze und intelligente Systeme, Energiesystemanalyse Laufzeit: 01/2021 - 12/2023

Die Netzanschlussrichtlinien schreiben vor, dass Erzeugungseinheiten (EZE) Netzfehler ohne Abschaltung durchfahren müssen, wobei das Verhalten der EZE während dieser definiert ist. Für den transienten Zeitbereich unmittelbar nach Fehlereintritt und -klärung existieren bislang keine Anforderungen. Da das Verhalten infolge dieser Transienten aktuell nicht geprüft wird, können sich EZE aufgrund der Transienten fehlerhaft verhalten oder sich sogar abschalten. In Zukunft ist dies umso kritischer da das Verhalten des Netzes durch einen immer größeren Anteil leistungselektronischer Erzeugung an der Gesamterzeugung mehr und mehr durch das Verhalten der EZE definiert wird. Das gilt insbesondere für netzbildende Stromrichter, welche in Zukunft für die Aufrechterhaltung der Netzstabilität notwendig sind. | Laufzeit: 10/2023 - 09/2026

Perowskit-Silicium-Tandemsolarzellen haben das Potential, die Nachfolgetechnologie der bisher dominierenden Siliciumsolarzellentechnologie zu werden. Um die Entwicklungen im unteren Technologiereifegrad (TRL 1-4) schneller in eine industrielle Produktion überführen zu können und zusammen mit der deutschen und europäischen Photovoltaikindustrie die Entwicklung der nächsten Zellgeneration zu beschleunigen, soll im Projekt Pero-Si-SCALE eine unabhängige Technologie-Plattform für Perowskit-Silicium-Tandemtechnologie aufgebaut werden. Hierzu gehören Technologien zur Herstellung von Zellen und Modulen, aber auch eine umfangreiche Charakterisierungs- und Analyse-Umgebung von der Zelle bis hin zum fertigen PV-Kraftwerk. | Laufzeit: 05/2023 - 12/2024

Im Heizungshandwerk sind Beratung, Bestandsaufnahme, Planung und Angebotserstellung insbesondere bei der Ertüchtigung von Bestandsanlagen ein sehr zeitaufwendiger Prozess. Jede Anlage muss individuell konfiguriert und an die technischen Gegebenheiten des Gebäudes und die Gewohnheiten der Nutzer*innen angepasst werden. Dies gilt besonders bei komplexen und nachhaltigen Systemen, wie z.B. Wärmepumpen, Brennstoffzellen und solarunterstützten Hybridsystemen. Im Projekt »DiBesAnSHK« wird ein Tool entwickelt, das durch Software-Lösungen das Sanitär-, Heizungs- und Klima (SHK)-Handwerk bei der Bestandsaufnahme und Angebotserstellung entlastet. Damit soll der Prozess zum Austausch der Bestandsanlagen verbessert werden, soll die Energiewende unterstützt werden. | Laufzeit: 09/2021 - 08/2024

Der Klimawandel ist in den letzten Jahren in Deutschland konkret erlebbar geworden. Hitzesommer und geringe Niederschläge in den Wintern haben vielerorts zu massiven Problemen in der Landwirtschaft geführt. Geschützter Anbau unter Folien ist ein aktueller Trend, der zusätzliche Kosten und Müllprobleme verursacht. In diesem Projekt sollen hochtransparente organische Solarzellen entwickelt werden, die das für Pflanzen wichtige sichtbare Licht hindurchlassen und den infraroten Anteil zur Stromerzeugung nutzen. Diese könnten es möglich machen, aus den Folienabdeckungen, die die Pflanzen vor Starkregen, Hagel, Sonnenbrand und Austrocknung schützen sollen, gleichzeitig den dringend benötigten Solarstrom für eine gelingende Energie- und Mobilitätswende zu gewinnen. | Laufzeit: 09/2021 - 07/2024

Das Potential für die dachintegrierte Photovoltaik ist erheblich. Allein die gebäudeintegrierte Photovoltaik wird laut einer Studie des Fraunhofer ISE für Deutschland mit einem technischen Potential von 1.000 GW beziffert. Dabei entfällt der Großteil dieses Segments auf Dachflächen. Vor diesem Hintergrund werden in Zukunft kostengünstige, optisch attraktive und einfach zu installierende Photovoltaik-Lösungen für die Dachintegration besonders gefragt sein. Im Projekt »Baldachin« entwickeln wir mit unseren Partnern ein innovatives Solardachelement für die gebäudeintegrierte Photovoltaik der nächsten Generation, das in Form und Farbe den klassischen Dachziegeln folgt, ohne dass Solarzellen sichtbar sind. | Laufzeit: 07/2021 - 06/2024

Eine zukünftig bedeutende Antriebsform wird die Brennstoffzelle sein. Der Entwicklungsschwerpunkt hat sich aber deutlich von PKW in Richtung Güter- und Schwerlastverkehr verschoben. Dadurch erhöhen sich gleichzeitig die Erwartung an die Lebensdauer von Brennstoffzellen um den Faktor fünf bis zehn. Diesen Aspekt untersucht das Forschungsprojekt FC-RAT unter Koordination des Fraunhofer ISE. Das Verständnis für die Alterungsvorgänge soll wesentlich erweitert und vertieft werden. | Laufzeit: 01/2021 - 06/2024

Eine gemeinsame Studie der Mid-West Port Authority von Westaustralien, des Hafens von Rotterdam und des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE umfasst eine umfangreiche Machbarkeitsanalyse der Lieferkette für den großskaligen Export von grünem Wasserstoff in Form von Derivaten wie Ammoniak. Das Fraunhofer ISE untersucht die Lieferkette und die damit verbundenen spezifischen technologischen Lösungen, die den Export von grünem Wasserstoff aus Westaustralien über den Rotterdamer Hafen zu deutschen Abnehmern ermöglichen, mit dem Ziel, 3 Millionen Tonnen Ammoniak vor 2030 zu produzieren und zu liefern. Mit dieser trinationalen Zusammenarbeit wollen alle Partner die Voraussetzungen für eine Wasserstoff-Versorgungskette zwischen Westaustralien und Deutschland über den Rotterdamer Hafen schaffen. | Laufzeit: 06/2023 - 05/2024

Für die Erreichung der Klimaschutzziele ist, neben dem Ausbau der erneuerbaren Erzeugung, für einen stabilen Systembetrieb zu jedem Zeitpunkt, die Übernahme umfangreicher Systemdienstleistungen sowie essenzielle Eigenschaften, wie etwa die Bildung des Netzes, durch erneuerbare und Speicherkraftwerke notwendig. Um sicherzustellen, dass dieses netzbildende Verhalten in allen Netzzuständen den Anforderungen für einen stabilen Systembetrieb entsprechen werden neue Nachweisverfahren notwendig. Das Fraunhofer ISE entwickelt gemeinsam mit seinen Partnern ein entsprechendes Verfahren und testet dieses mit verscheiden netzbildenden Geräten. Daraus werden einerseits Optimierungen des Nachweisverfahrens abgeleitet, auch wird ein umfangreicher Marktüberblick über den aktuellen Stand der Technik netzbildender Wechselrichter möglich. | Laufzeit: 06/2023 - 05/2024

Mit dem Ausstieg aus der Kohleverstromung fallen nicht nur große Mengen an Stromerzeugungskapazitäten weg, sondern auch Gigawatt an thermischer Leistung in Fernwärmenetzen die durch CO2-arme Alternativen ersetzt werden müssen. Großwärmepumpen an den ehemaligen Kraftwerksstandorten die Wärme in die existierenden Fern- oder Nahwärmenetze einspeisen sind eine vielversprechende Alternative zu dezentralen Lösungen insbesondere im dichtbebauten urbanen Raum. Im Rahmen des Projekts »FernWP« sollen die Hemmnisse zur zeitnahen Integration von Großwärmepumpen in Fernwärmesysteme sowohl auf technischer als auch auf ökonomischer Seite reduziert werden. | Laufzeit: 10/2021 - 09/2025

Projekt im Geschäftsfeld: Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher, Thema: Elektrolyse und Power-to-Gas, Laufzeit: 07/2022 - 02/2023

Dieses Vorhaben hat zum Ziel, aktuelle Unsicherheiten hinsichtlich Kosten, Systemauswahl und tatsächlicher Effizienz beim Einbau von Hybrid-Wärmepumpen in Bestandsgebäuden zu lösen. Methodisch wird dies durch die Entwicklung eines komplexitätsreduzierten Systemkonzepts in Kombination mit einem modularen Zertifizierungssystem erreicht. Dies beinhaltet die Teilintegration, die Vorkonfektionierung der Systemkomponenten und eine vereinfachte Zertifizierungsmethodik, welche zu einer Reduktion von Initialkosten führen soll. | Laufzeit: 08/2023 - 06/2026

Wie soll der PV Tracker optimal tracken? Diese Frage wird im Projekt »DeepTrack« gemeinsam mit der PV Zimmermann Tracker GmbH erforscht. Hierbei werden neueste KI- und Kraftwerksimulationsmethoden angewendet, um den Ertrag von komplexen Kraftwerken, wie zum Beispiel Agri-PV Kraftwerken, zu maximieren. Die Methoden werden in einer Pilotanlage auf dem solaren Testfeld in Merdingen implementiert und untersucht. | Laufzeit: 03/2023 - 02/2025

Projekt im Geschäftsfeld: Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher, Energieeffiziente Gebäude, Thema: Batteriesystemtechnik, Thermische Speicher für Gebäude, Laufzeit: 01/2021 - 06/2024

Das Forschungsprojekt »follow-e demo« untersucht transparente Sonnenschutz- sowie Wärmeschutzbeschichtungen auf ETFE-Folie für den Einsatz in Membrangebäuden. Ein Projektziel ist die Weiterentwicklung funktionaler Sonnenschutzschichten hinsichtlich ihrer Selektivität. In einem weiteren Projektabschnitt soll der Einfluss der Schichtdicken auf Farbe und Farbstabilität genauer untersucht werden. Zudem sollen im zweiten Teilprojekt ETFE-Kissen mit transparenter Sonnenschutz- sowie Wärmeschutzbeschichtung in relevanter Größe hergestellt, aufgebaut und über einen Zeitraum von 2 Jahren unter realen Betriebsbedingungen betrieben und überwacht werden. Ziel ist eine positive Bewertung der Beständigkeit und eine anschließende Einführung in den Markt. | Laufzeit: 05/2021 - 04/2024

Projekt im Geschäftsfeld: Perowskit- und Organische Photovoltaik; Thema: Perowskitsolarzellen und -module; Laufzeit: 05/2022 - 04/2024

Photonik und Optoelektronik sind Schlüsseltechnologien für die Digitalisierung. Das Design entsprechender Halbleiterbauelemente sowie die Modellierung von Epitaxieprozessen können im Rahmen von Industrie 4.0­ noch wesentlich von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) profitieren. Die allgegenwärtige Digitalisierung und Automatisierung sowie das Internet der Dinge erfordern konstante Energie- und Datenströme. Die aufkommende Technologie der photonischen Leistungsübertragung, auch bekannt als Power-by-Light ermöglicht es Energie- und Datentransfer in einer einzigen optischen Verbindung zu kombinieren . Durch die Verwendung von optischen Telekommunikationswellenlängen um 1.5 µm können die Anwendungsmöglichkeiten solcher Power-by-Light Systeme auf entfernte Standorte erweitert und eine unbegrenzte Energieversorgung aus der Ferne ermöglicht werden. KI-gestützte Ansätze für Design und Fertigung von photonischen Leistungswandlern (engl. photonic power converter, PPC) sind entscheidend für die weitere branchenübergreifende Anwendung von photonischer Energie- und Datenübertragung. | Laufzeit: 04/2021 - 03/2024

Projekt im Geschäftsfeld: Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher, Thema: Batteriesystemtechnik, Laufzeit: 01/2021 - 03/2024

Projekt im Geschäftsfeld: Solarthermische Kraftwerke und Industrieprozesse, Thema: Industrieprozesse und Prozesswärme, Laufzeit: 04/2021 - 03/2024

Das Projekt »BetterBat« befasst sich mit der Schnittstelle zwischen der Batterietechnologie und deren potenzieller Nutzung in einer Anwendung. »BetterBat« rückt somit explizit die Anwenderseite und deren systemische anwendungsspezifische Anforderungen in den Fokus der Betrachtung, wodurch eine zielorientierte Forschung und Entwicklung ermöglicht, die time-to-market entsprechend verkürzt und das Risiko eines Verfehlens von Marktanforderungen reduziert werden sollen. »BetterBat« soll dabei etwa Antworten auf folgende Fragen bieten: Für welche Anwendungen kommen heute oder zukünftig batterieelektrische Lösungen in Frage? Welche Batterietechnologie passt zu welcher Anwendung? Welche Stärken und Schwächen ergeben sich daraus und wo müsste ggf. noch weiter geforscht oder gefördert werden? Die notwendigen Arbeitspakete zur Beantwortung dieser Fragen sind in nachfolgender Abbildung schematisch dargestellt. | Laufzeit: 03/2021 - 02/2024

Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik Thema: Perowskit- und Organische Photovoltaik, Arbeitsgebiet: Perowskit-Silicium Tandemphotovoltaik; Laufzeit: 02/2021 - 01/2024

Projekt im Geschäftsfeld: Photovoltaik; Thema: III-V- und Konzentrator-Photovoltaik; Arbeitsgebiet: Hochkonzentrierende Systeme (HCPV); Laufzeit: 02/2021 - 01/2024